1自由度制御型リニア磁気浮上駆動機構の研究

一自由度控制直线磁悬浮驱动机构研究

基本信息

批准号：
12750110
负责人：
進士忠彦
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
财政年份：
2000
资助国家：
日本
起止时间：
2000 至 2001
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-12750110/
关键词：
磁気浮上永久磁石反発力制御安定条件

项目摘要

クリーンルームや真空中で使用可能な非接触機構として,磁気浮上システムが検討されてきた.既存の磁気浮上システムは,電磁石や永久磁石により,非接触浮上が実現されているが,必ず複数の不安定自由度を有するためフィードバック制御が不可欠であった.本研究では,テーブルの剛体6自由度運動のうち,最小の1自由度のみを制御することで,完全非接触浮上が可能な,永久磁石反発型磁気浮上システムの実現を目的とする.本研究で提案するシステムは,テーブル固定側に反発力を発生させる4組の永久磁石を配置する構造とし,数値シミュレーションにより,移動方向を除く5自由度が安定となる永久磁石の配置条件を明らかにした.これを元に,テーブル部は,非磁性のステンレス,永久磁石にネオジム磁石を用いた移動テーブルを試作した.移動テーブル安定化のためには,永久磁石を移動部,コイルを固定部に配置したムービングマグネットタイプの1自由度DCリニアモータを,上記のテーブルシステムに内蔵し,フィードバックセンサとして,渦電流型変位計,コントローラとしてPIDコントローラを用いた1自由度のフィードバックシステムを構成した.試作したテーブルの質量は,15.3kg,外形寸法250×370×87mm,浮上量8.5mmである.実験結果から,リニアモータを用いた1自由度制御により,テーブルの安定化が実現可能で,位置決め範囲±1.05mmを実現した.また,試作装置の剛性は,並進方向5300N/m,垂直方向9100N/m,ローリング42Nm/rad,ピッチング160Nm/rad,ヨーイング33Nm/radであった.

磁性悬浮系统已被研究为可用于清洁室或真空的非接触机制。尽管现有的磁悬浮系统已经使用电磁体和永久磁铁实现了非接触式悬浮，但反馈控制至关重要，因为它们始终具有多个不稳定的自由度。在这项研究中，目的是实现永久性磁铁式磁性悬浮系统，该系统可以通过仅控制桌子刚体的六个自由度的自由度来完全无接触式的悬浮。这项研究中提出的系统是一种结构，其中四组永久磁铁将产生排斥力的磁铁放在桌子的固定侧，数值模拟揭示了永久磁体的排列条件，这些条件是稳定的，其自由度为5度，除了运动方向。基于此，表截面是一种原型移动台，使用了永久磁铁的非磁性不锈钢和新磁铁。为了稳定移动台，一个移动的磁铁型一级直流线性电动机，在移动部分中放置了一个永久磁铁，并在上述表系统中内置了一个线圈固定部分，并使用反馈传感器，一个eddy电流流量仪和一个pidecterement仪表和一个pid didem offredom反馈系统构建。原型表的质量为15.3 kg，外部尺寸为250 x 370 x 87毫米，飞行高度为8.5毫米。从实验结果中，可以使用线性电动机通过一级自由度控制来稳定该表，并实现±1.05 mm的定位范围。此外，原型设备的刚度在翻译方向上为5300 n/m，垂直方向为9100 n/m，在滚动方向上为42 N/m，在球场为160 N/m，在yawing中为33 n/rad。